电风扇无级调速变速原理

电风扇无级调速变速原理电风扇无级调速变速原理 【学习目标学习目标】 ： 完成本课题的学习后，能够： 1． 1． 用万用表测试双向晶闸管的好坏。 2． 2． 掌握双向晶闸管工作原理。 3． 3． 分析电风扇无级调速器各部分电路的作用及调光原理。 4． 4． 了解交流开关、交流调功器、固态开关原理。 【描述描述】 ：电风扇无级调速器在日常生活中随处可见。图 31（a）是常见的电风扇无级 调速器。旋动旋钮便可以调节电风扇的速度。图3-1（b）为电路原理图。 调 速 旋钮 触 发 电路 （a） (b) 图 3-1 电风扇无级调速器 (a)电风扇无级调速器 (b) 电风扇无级调速器电路原理图 如图 3—1(b)所示，调速器电路由 主电路和触发电路两部分构成， 在双向晶闸管的两端并接RC 元件，是利用电容两端电压瞬 时不能突变， 作为晶闸管关断过电压的保护措施。 本课题通过对主电路及触发电路的分析使 学生能够理解调速器电路的工作原理， 进而掌握分析交流调压电路的方法。 保护电路在课题 五中详细介绍。 【相关知识点相关知识点】 ： 一、双向晶闸管的工作原理一、双向晶闸管的工作原理 1 1．． 1 1．． 双向晶闸管的结构双向晶闸管的结构 双向晶闸管的外形与普通晶闸管类似，有塑封式、螺栓式、平板式。但其内部是是一种 NPNPN 五层结构的三端器件。有两个主电极T1、T2，一个门极 G，其外形如图 3-2 所示。 小电流塑 封式 螺栓式 平板式 图 3-2双向晶闸管的外形 双向晶闸管的内部结构、等效电路及图形符号如图3-3 所示。 图 2－3双向晶闸管内部结构、等效电路及图形符号 （a） 内部结构（b）等效电路（c）图形符号 从图 3-3 可见，双向晶闸管相当于两个晶闸管反并联 （P1N1P2N2 和 P2N1P1N4） ，不过 它只有一个门极 G，由于 N3 区的存在，使得门极G 相对于 T1 端无论是正的或是负的，都 能触发，而且 T1 相对于 T2 既可以是正，也可以是负。 常见的双向晶闸管引脚排列如图3-4 所示。 图 3-4常见双向晶闸管引脚排列 2 2．． 2 2．． 双向晶闸管的特性与参数双向晶闸管的特性与参数 双向晶闸管有正反向对称的伏安特性曲线。 正向部分位于第Ⅰ象限， 反向部分位于第Ⅲ 象限如图 3－5 所示。 图 3－5双向晶闸管伏安特性 双向晶闸管的主要参数中只有额定电流与普通晶闸管有所不同， 其他参数定义相似。 由 于双向晶闸管工作在交流电路中， 正反向电流都可以流过， 所以它的额定电流不用平均值而 是用有效值来表示。定义为：在标准散热条件下，当器件的单向导通角大于170°，允许流 过器件的最大交流正弦电流的有效值，用IT(RMS)表示。 双向晶闸管额定电流与普通晶闸管额定电流之间的换算关系式为 以此推算，一个 100A 的双向晶闸管与两个反并联45A 的普通晶闸管电流容量相等。 国产双向晶闸管用 KS 表示。如型号 KS50-10-21 表示额定电流 50A，额定电压 10 级 （1000V） 断态电压临界上升率 du/dt 为 2 级 （不小于 200V/ μs） ,换向电流临界下降率di/dt 为 1 级（不小于 1％IT(RMS)）的双向晶闸管。有关 KS 型双向晶闸管的主要参数和分级的规 定见表 3－1。 表表 3 3－－1 1双向晶闸管的主要参数双向晶闸管的主要参数 3 3．． 3 3．． 双向晶闸管的触发方式双向晶闸管的触发方式 双向晶闸管正反两个方向都能导通， 门极加正负电压都能触发。 主电压与触发电压相互 配合，可以得到四种触发方式： 1）Ⅰ+触发方式主极 T1 为正，T2 为负；门极电压G 为正，T2 为负。特性曲线在第 Ⅰ象限。 2）Ⅰ-触发方式主极 T1 为正，T2 为负；门极电压 G 为负，T2 为正。特性曲线在第 Ⅰ象限。 3）Ⅲ+触发方式主极 T1 为负，T2 为正；门极电压G 为正，T2 为负。特性曲线在第 Ⅲ象限。 4）Ⅲ-触发方式主极 T1 为负，T2 为正；门极电压 G 为负，T2 为正。特性曲线在第 Ⅲ象限。 由于双向晶闸管的内部结构原因，四种触发方式中灵敏度不相同，以Ⅲ+触发方式灵敏 度最低，使用时要尽量避开，常采用的触发方式为Ⅰ+和Ⅲ-。 4 4．双向晶闸管的触发电路．双向晶闸管的触发电路 （（1 1）简易触发电路）简易触发电路 图 3－6 为双向晶闸管简易触发电路。图(a)中当开关 S 拨至“2”双向晶闸管 VT 只在 I+触发，负载 RL上仅得到正半周电压；当S 拨至“3”时，VT 在正、负半周分别在I+、Ⅲ -触发，RL上得到正、负两个半周的电压，因而比置“2”时电压大。图(c)、(d)中均引入了 图 2－6双向晶闸管的简易触发电路 具有对称击性的触发二极管VD，这种二极管两端电压达到击穿电压数值(通常为 30V 左右， 不分极性)时被击穿导通，晶闸管便也触发导通。调节电位器RP 改变控制角α ，实现调压。 图(c)与图(b)的不同点在于(c)中增设了 R1、R2、C2。在(b)图中，当工作于大α 值时，因RP 阻值较大，使 C1 充电缓慢，到α 角时电源电压已经过峰值并降得过低，则C1 上充电电压 过小不足以击穿双向触发二极管VD；而图(c)在大α 时，C2 上可获得滞后的电压uc2，给电 容 c1 增加一个充电电路，保证在大α 时 VT 能可靠触发。 （e）图就是电风扇无级调速电路图，接通电源后，电容C1 充电，当电容C1 两端电压的峰 值达到氖管 HL 的阻断电压时，HL 亮，双向晶闸管 VT 被触发导通，电扇转动。改变电位 器 RP 的大小，即改变了 C1 的充电时间常数，使 VT 的导通角发生变化，也就改变了电动 机两端的电压，因此电扇的转速改变。由于RP 是无级变化的，因此电扇的转速也是无级变 化的。 （（2)2)单结晶体管触发单结晶体管触发 图 3－7 为单结晶体管触发的交流调压电路， 调节 RP阻值可改变负载RL上电压的大小。 图 3－7用单结晶体管组成的触发电路 （（3 3）集成触发器）集成触发器 图 3—8 所示即为 K006 组成的双向晶闸管移相交流调压电路。该电路主要适用于交流 图 3－8集成触发器 直接供电的双向晶闸管或反并联普通晶闸管的交流移相控制。 RP1 用于调节触发电路锯齿波 斜率，R4、C3 用于调节脉冲宽度，RP2 为移相控制电位器，用于调节输出电压的大小。 二、单相交流调压电路二、单相交流调压电路 电风扇无级调速器实际上就是负载为电感性的单相交流调压电路。 交流调压交流调压是将一种幅 值的交流电能转化为同频率的另一种幅值的交流电能。 1 1．． 1 1．． 电阻性负载电阻性负载 图 3-9(a)所示为一双向晶闸管与电阻负载RL组成的交流调压主电路， 图中双向晶闸管也 可改用两只反并联的普通晶闸管，但需要两组独立的触发电路分别控制两只晶闸管。 在电源正半周ω t＝时触发 VT 导通，有正向电流流过RL，负载端电压uR为正值，电 流过零时 VT 自行关断；在电源负半周ω t＝π ＋时，再触发 VT 导通，有反向电流流过 RL，其端电压 uR为负值，到电流过零时 VT 再次自行关断。然后重复上